Способ измерения температуры модели черного тела

(51) 4 С 01 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ П В а тех жезмеряют поненты и и а излуче сивностя ные ком лн длинах сигнал ия, пропо выделенг, а темо тела оп приемни циональные инт компонели черно ральных Т моде по форм ных сп ератур еделяю Т где С8 Ж,(М;Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Финкельштейн В.Е. О возможности построения температурной шкалы аб 11 солютным оптическим методом. - Измерительная техника", 1969, 9 7, с.44.Гордов А.Н. Основы пирометрии. -М,:Металлургия, 1971, с.362. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОДЕЛИ ЧЕРНОГО ТЕЛА, включающий визирование модели черного тела, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн %, и Ъ из спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, визируют источник синхротронного излучения, выделяют СА 1 5( Ъ 11авторая постоянная Планк сигналы приемника излучения при визировании модели черного тела, соответствующие спектральным компонентам на длинах волн%, и Э соответственно;сигналы приемника излучения при визировании источника синхронного излучения, соответствующие спектральным компонентам надлинах волн ), и Я соответственно.Изобретение относится к области радиальной пирометрии и может найти применение в прецизионных средствах измерения температуры, входящих в комплекс эталонов энергетической фотометрии, радиометрии, в частности для воспроизведения единиц световых величин, например канделы.Известен способ определения температуры модели черного тела (МЧТ 1, содержащий операции направления потока излучения из полости исследуемой МЧТ, имеющего температуру Т в спектрометр, измерения монохроматической яркости МЧТ на длине волныв диапазоне длин волн 0,3- 0,7 мкм, в котором справедливо соотношение Вина, и измерения значения монохроматической яркости модели на другой длине волны в диапазоне длин волн в инфракрасной области спектра. Затем меняют температуру МЧТ до значения Т и повторяют указанные операции. Вычисляют отношения монохроматических яркостей на двух указанных температурах, решением системы уравнений определяют значения температури Тг,Недостатком известного способа является низкая точность измерения, обусловленная низкой точностью измерения монохроматического излучения в ИК-области спектра при существующей аппаратурной реализации.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ измерения температуры МЧТ,включающий визирование МЧТ, выделение двух спектральных компонентизлучения черного тела на длинахволн Ъ и Ъ иэ спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения,пропорциональных интенсивностямспектральных компонент,Температуру находят из отношения сигналов.Недостатком способа являетсянизкая мощность измерения температуры, так как использование неселективных тепловых приемников вуказанном спектральном интервалепрактически невозможно из-за их низкой чувствительности, использование высокочувствительных селектив 50 ных фотоэлектрических приемниковзаставляет проводить их градуировку, привязываясь к существующей тем-,пературной шкале, что увеличивает 5 погрешность измерения температуры,в результате даже для эталонныхсредств она составляет 0,1 .Однако для способов измерения,используемых в эталонах воспроизведения радиометрических единиц,достигнутая точность недостаточна,Цель изобретения - повышениеточности.Поставленная цель достигаетсятем, что в способе измерения температуры МЧТ, включающем визированиеМЧТ, вьщеление двух спектральныхкомпонент излучения черного телана длинах волн Ъ ииз спект рального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником измерения,и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент, визируют источник синхротронного излучения (СИ), выделяют спектральныекомпоненты на тех же длинах волнЪ, ии измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные ин тенсивностям выделенных спектральных компонент, в температуру Т МЧТопределяют по формулеСг ---(1(г 1 ггде Сг - вторая постоянная Планка;Ь(ъ 1 5(ъ ) - сигналы приемника излучения при визированииМЧТ, соответствующиеспектральным компонентамна длинах Волн Я исоответственно;Ь (Ъ,1,5 (г)- сигналы приемника излуче 45 ния при визировании источника СИ, соответствующие спектральным компонентам на длинах волни Э соответственно.На чертеже представлена принципиальная схема реализации способа.От МЧТ 1 излучение поступает вповоротную фотометрическую сферу 2,являющуюся совместно с монохроматором 3, на выходе которого установлен приемник излучения 4, спектрометром., О(,) твиьные ч пектра ельнос и спектрометинах волн на 3 и Яг соответственно; спектральные интевалы выделяемого ф д 1 МЧ 35 мкм;=3000 7 мкм учения око олн Э и и соотс) х 14 - = - =0,% х л 0,0 2.7 с" г Яс, где с итич В фотометрическую сферу 2 поступает также излучение источника СИ через канал 5 накопителя 6 электронов.Способ осуществляется следующим образом.МЧТ 1 выводят на заданный температурный режим и направляют поток излучения на полости исследуемой ИЧТ в спектрометр, для чего поворачивают с помощью привода поворота фотометрической системы 7 фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону МЧТ 1. Ионохроматором 3 выбирают длину волны Ъ, в диапазоне длин волн 0,2-0,8 мкм, в котором справедлива формула Вина, и измеряют сигнал приемника излучения б(Э), Изменяют с помощью монохроматора 3 длину волны в том же диапазоне длин волн, устанавливая длину волны Вновь измеряют сигнал приемника излучения б(Эг) . Приводом поворота фотометрической системы 7 поворачивают фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону канала 5 СИ от накопителя 6 электронов, при этом направляют СИ в тот же спектрометр и измеряют на длинах волн % и 7 г сигналы приемника излучения б(Э)и бЬг) от СИ.Определяют значение температуры ИЧТ с учетом измеренных сигналов по вышеприведенной зависимости.Указанная зависимость выведена следующим образом.В области Вина отношение сигнатветствующих выделеннымьным компонентам из излучеопределяется формулой ветственноСпектральный поток СИьных случаях при дпине 1123357 4кая длина волны СИ ( Е - энергияэлектронов; 11 - напряженность магнитного поля), составляет: где 3 - ток; д 3 - спектральный ин тервал.Усредненная по всем углам и энергиям поляризация составляет дляэтого случая 50%.Использование интегрирующей сферы исключает зависимость от углового распределения СИ,Отношение сигналов приемника излучения, соответствующих спектральным компонентам СИ, примет вид 20 5 Ь ) Ъ 1 (Ъ 1 И, 7 а 17 ви 0(ь 1 5(г 1 О ("айат) "2г ф"г О (фью Таким образом, получаем, что изотношения спектральных компонент5 (Ъ) 5(1для МЧТ и= - для5(йг)5( г)СИ можно определить Т по формуле Анализ погрешности данного способа приводит к следующему уравнению: ТРД а, 8ЗСгЬгЬт,Ег ""8При значении температур1 О Редактор С.Титова Техред З,Палий Корректор Л,Патаи Заказ 8558/6 Тираж 896 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 5 11233в то время, как в прототипе она со-ставляет 0,1 . Таким образом, точность данного способа выше точности способа-прототипа в три раза. Использование двух расчетных источников излучения МЧТ и СИ повышает достоверность способа,Экономический эффект от повышения точности измерения температуры МЧТ рассматривается на примере поверочной схемы для световых величин. 57 6В нашей стране на освещение расходуется 13 всей вырабатываемой элек-.троэнергии, т.е, не менее 180 млрд.кВт/ч в год. Повышение точности воспроизведения световой единицы толькона 0,1 . за счет повышения точностиизмерения температуры МЧТ обеспечитуменьшение затрат электроэнергии наосвещение в соответствии с действующими нормами на 3600000 руб, в год,и экономический эффект от внедрениясоставит 3 руб.13 коп на .каждыйрубль затрат.